Электроэнцефалограмма (ЭЭГ) для человека используется примерно с 1924 года. Небольшие металлические диски, расположенные вдоль скальпа, измеряют электрическую активность в мозге человека, что важно для диагностики или оценки эпилепсии, нарушений сна и других состояний.
Но эти электроды мало изменились с момента их введения и далеки от совершенства. Среди прочего, они захватывают посторонние шумы и движения в дополнение к активности мозговой волны, часто затрудняя интерпретацию показаний.
Уолт Безио считает, что у него лучший способ.
Научный сотрудник, финансируемый Национальным научным фондом, который является доцентом биомедицинской инженерии в Университете Род-Айленда, изобрел новый и улучшенный электрод, который создает разницу в производительности, что, по его словам, сродни «взятию ушей кролика, которые вы использовали для для вашего телевизора и преобразования в высокое определение ».
Его инновация относительно проста, но, по-видимому, имеет большое значение. Besio добавила два новых металлических кольца вокруг основного диска, изменение, которое устраняет внешние шумы и улучшает пространственное разрешение.
«ЭЭГ имеет две основные проблемы: она очень шумная и загрязнена артефактами, и это пространственное разрешение плохое», – объясняет он. «Мы улучшили соотношение сигнал / шум. Это в четыре раза лучше, чем раньше. Поскольку это теперь очень локальный сигнал, это означает, что мы можем сблизить электроды, что улучшает пространственное разрешение, а это означает, что вы можете лучше определить, откуда идет сигнал ».
Дополнительные кольца работают почти так же, как внутренняя трубка, брошенная сверху рябью воды. «Вода плоская в центре внутренней трубки и порывистая снаружи», – говорит он. «Наружные кольца на электродах ведут себя как эта внутренняя трубка».
Для исследователей и клиницистов усовершенствованные электроды могут открывать потенциальные новые применения, а также улучшать современные – более точную диагностику эпилепсии, например, а также обещание «читать» чьи-то мысли в будущем, с целью, для например, активации инертной части тела, например, руки или ноги, и, в конечном счете, помощи людям с травмами спинного мозга.
Цель состоит в том, чтобы высокочувствительные электроды сначала переводили мысли человека в электрические импульсы, которые могут быть прочитаны компьютером, а затем, в конечном счете, переходить к роботам, а затем к конечностям. Другие ученые проводят аналогичные исследования, но Besio хочет показать, «что он лучше работает с этими типами электродов».
Его работа была вдохновлена опытом его старшего брата, который был парализован в автомобильной катастрофе и умер около 15 лет назад.
«Надежда состоит в том, чтобы интерпретировать чьи-то мысли с помощью электрода и компьютера», – говорит Безио. «Конечная цель состоит в том, чтобы контролировать какой-то тип стимуляции, который активирует нервы и мышцы, позволяя им двигаться, чтобы дать людям больше независимости и не запереть их в неработающее тело».
Однако более немедленно, однако, Безио полагает, что новые электроды могут улучшить диагностику эпилепсии, а также помочь остановить общий угрожающий жизни тип эпилептического припадка – острый и продолжительный захват, который, по его оценкам, убивает до 40 000 человек в год в Соединенных Штатах Состояния.
Он говорит, что использование электродов для стимуляции мозга может быть эффективным в прекращении таких приступов. Он уже показал, что он работает на животных. «Мы смогли показать, что мы можем остановить этот тип продолжающегося приступа у крыс, захват, который обычно убивал бы их», – говорит он.
Он предполагает неинвазивный или минимально инвазивный способ для эпилептиков носить электроды под крышкой или шляпой, возможно, или под кожей кожи головы. Устройство будет обнаруживать, когда начинается захват, а затем доставляют дозу электрической стимуляции, способной отключить ее.
В настоящий момент, однако, «что является причиной этого является диагноз эпилепсии», добавляет он. «Клиницисты нуждаются в этом улучшении, чтобы помочь диагностировать эпилепсию. Мы переходим к тому, чтобы эта система записи попала в руки исследователей, чтобы они могли провести исследование мозга.
«Неврологи и нейрохирурги подталкивают меня к тому, чтобы добиться этой технологии», – добавляет он. «Они говорят мне, что в эпилепсии много ошибочных диагнозов, и что им нужно что-то лучше, чем у них. Им нужен лучший мозговой сигнал; нормальный сигнал очень загрязнен, и трудно понять, откуда происходит захват ».
Осенью 2011 года Besio стала одной из первых групп ученых, получивших награду NSF Innovation Corps (I-Corps) стоимостью 50 000 долларов США, которая поддерживает ряд мероприятий и программ, которые подготавливают ученых и инженеров к тому, чтобы расширить свою деятельность за пределами лаборатории в коммерческий мир.
Такие результаты могут быть переведены через I-корпус в технологии с краткосрочными преимуществами для экономики и общества. Это государственно-частная партнерская программа, которая учит грантополучателей выявлять ценные возможности продукта, которые могут возникнуть в результате академических исследований, и предлагает обучение предпринимательству преподавателям и студентам.
Он основал компанию CRE Medical (CRE означает «концентрические кольцевые электроды») с надеждой на коммерциализацию технологии, которая также включает в себя уникальную электронику, которая работает с электродами. «Мы сотрудничаем с другими компаниями, которые хотят эту технологию», – говорит он.
Более того, «более 75 процентов людей с эпилепсией живут в развивающихся странах и не могут позволить себе наркотики», – говорит он. «Я надеюсь, что это обеспечит недорогую альтернативу».